JPH11165413A - 静電アクチュエータ - Google Patents
静電アクチュエータInfo
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- JPH11165413A JPH11165413A JP34998697A JP34998697A JPH11165413A JP H11165413 A JPH11165413 A JP H11165413A JP 34998697 A JP34998697 A JP 34998697A JP 34998697 A JP34998697 A JP 34998697A JP H11165413 A JPH11165413 A JP H11165413A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- vibration plate
- electrostatic actuator
- single crystal
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
Abstract
(57)【要約】
【課題】 寸法のバラツキが少なく、均一な変位特性を
有する静電型アクチュエータを得る。 【解決手段】 振動板１２と、該振動板１２に対向して
設けられた個別電極１４とを有し、前記振動板１５に取
り付けられた共通電極１１と前記個別電極間１４に駆動
電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる。
振動板１５はＳｉ単結晶からなり、前記対向電極１４が
乗る基板１５は単結晶Ｓｉの２００〜４００℃の温度範
囲の線膨張係数に近い線膨張係数を有するガラス材質か
らなる。前記振動板１２は前記Ｓｉ単結晶を前記ガラス
基板１５に陽極接合し、前記Ｓｉ単結晶の全面をエッチ
ングや研磨により所定の板厚にされて形成され、該振動
板１２と前記対向電極１４との対向間隔として、該振動
板１２の前記個別電極１４に対向した側に凹部１３が形
成されている。
有する静電型アクチュエータを得る。 【解決手段】 振動板１２と、該振動板１２に対向して
設けられた個別電極１４とを有し、前記振動板１５に取
り付けられた共通電極１１と前記個別電極間１４に駆動
電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる。
振動板１５はＳｉ単結晶からなり、前記対向電極１４が
乗る基板１５は単結晶Ｓｉの２００〜４００℃の温度範
囲の線膨張係数に近い線膨張係数を有するガラス材質か
らなる。前記振動板１２は前記Ｓｉ単結晶を前記ガラス
基板１５に陽極接合し、前記Ｓｉ単結晶の全面をエッチ
ングや研磨により所定の板厚にされて形成され、該振動
板１２と前記対向電極１４との対向間隔として、該振動
板１２の前記個別電極１４に対向した側に凹部１３が形
成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電アクチュエー
タ、より詳細には、オンデマンド式インクジェットプリ
ンタ用ヘッドにおける静電アクチュエータの微細加工技
術、マイクロマシンニング技術に関する。
タ、より詳細には、オンデマンド式インクジェットプリ
ンタ用ヘッドにおける静電アクチュエータの微細加工技
術、マイクロマシンニング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】オンデマンド方式のインクジェットプリ
ンタは安価でありながら比較的画質が良く、最近、広く
使用されている。しかし、印字速度がレーザプリンタ等
に比較して遅いことが問題になっており、印字速度向上
のため高密度化が進められている。
ンタは安価でありながら比較的画質が良く、最近、広く
使用されている。しかし、印字速度がレーザプリンタ等
に比較して遅いことが問題になっており、印字速度向上
のため高密度化が進められている。
【０００３】図６は、特開平６−２３９８６号公報に記
載された高密度化インクジェットヘッドの一例を説明す
るための要部分解斜視（一部断面にて示す）図で、該イ
ンクジェットヘッドは、ノズル３４，インク加圧液３
５，インク供給口３６，共通液室３７等が、アルカリ異
方性エッチングにより形成されたＳｉ基板３１と、Ｓｉ
基板３８から形成される振動板３２と、電極３９，ギャ
ップ部を形成するための溝４０，インク供給口４１等か
ら形成されたガラス基板３３とを積層，接合してなる構
造を有する。
載された高密度化インクジェットヘッドの一例を説明す
るための要部分解斜視（一部断面にて示す）図で、該イ
ンクジェットヘッドは、ノズル３４，インク加圧液３
５，インク供給口３６，共通液室３７等が、アルカリ異
方性エッチングにより形成されたＳｉ基板３１と、Ｓｉ
基板３８から形成される振動板３２と、電極３９，ギャ
ップ部を形成するための溝４０，インク供給口４１等か
ら形成されたガラス基板３３とを積層，接合してなる構
造を有する。
【０００４】Ｓｉ基板３１は、結晶面方位が（１００）
である単結晶Ｓｉ基板であって、該Ｓｉ基板の表側の面
（図では上側の面）には複数のノズル３４と、各々のノ
ズル３４に連通するキャビティ（インク加圧室）３５と
各々のキャビティ３５においてノズル３４と反対側の端
部に形成されるインク供給路３６と、各々のインク供給
路３６にインクを供給するための共通のインク室３７と
が形成されている。振動板３２は、Ｓｉ基板３８をエッ
チング及び研磨により該Ｓｉ基板３８の厚みを薄くして
形成されたものである。又、ガラス基板３３には、Ｓｉ
基板３１上に形成されたキャビティ３５の各々に、前記
振動板３２を狭んで対向して配置される電極３９と、前
記振動板３２と前記電極３９との対向間隔（ギャップ）
を保持するための溝４０が形成されている。
である単結晶Ｓｉ基板であって、該Ｓｉ基板の表側の面
（図では上側の面）には複数のノズル３４と、各々のノ
ズル３４に連通するキャビティ（インク加圧室）３５と
各々のキャビティ３５においてノズル３４と反対側の端
部に形成されるインク供給路３６と、各々のインク供給
路３６にインクを供給するための共通のインク室３７と
が形成されている。振動板３２は、Ｓｉ基板３８をエッ
チング及び研磨により該Ｓｉ基板３８の厚みを薄くして
形成されたものである。又、ガラス基板３３には、Ｓｉ
基板３１上に形成されたキャビティ３５の各々に、前記
振動板３２を狭んで対向して配置される電極３９と、前
記振動板３２と前記電極３９との対向間隔（ギャップ）
を保持するための溝４０が形成されている。
【０００５】前記特開平６−２３９８６号公報（インク
ジェットヘッド及びその製造方法）の発明では、次のよ
うにしてヘッドの高密度化を行なっている。第１のＳｉ
基板３１に単結晶Ｓｉの（１００）基板を使用し、振動
板３２の短辺幅をマスク開口寸法にして異方性エッチン
グを行い高密度の液室３５を形成している。液室用の凹
形状を形成後、第２の基板３８にＳｉ−Ｓｉ接合し、第
２の基板部分をエッチング及び研磨して振動板３２を形
成し、その後、ギャップおよび対向電極を形成したガラ
ス基板３３と陽極接合している。
ジェットヘッド及びその製造方法）の発明では、次のよ
うにしてヘッドの高密度化を行なっている。第１のＳｉ
基板３１に単結晶Ｓｉの（１００）基板を使用し、振動
板３２の短辺幅をマスク開口寸法にして異方性エッチン
グを行い高密度の液室３５を形成している。液室用の凹
形状を形成後、第２の基板３８にＳｉ−Ｓｉ接合し、第
２の基板部分をエッチング及び研磨して振動板３２を形
成し、その後、ギャップおよび対向電極を形成したガラ
ス基板３３と陽極接合している。
【０００６】図７は、特開平６−５５７３２号公報に記
載されたインクジェットヘッドの一例を説明するための
要部断面構成図で、図中、５１はシリコン基板、５２は
カバーガラス、５３はホウ（Ｂ）珪酸ガラス基板、５４
は対向電極、５５はノズル、５６はキャビティ（インク
加圧室）、５７は振動板、５８は流路、５９は共通イン
ク室、６０はインク供給パイプ、６１は電源、６２はシ
ール、６３は絶縁膜、６４は共通電極で、このインクジ
ェットヘッドの場合、振動板５７をホウ珪酸ガラス基板
５３に接合した後、感光性樹脂を振動板５７上面に貼り
付け、紫外線露光によりキャビティ５６の型を形成す
る。この型で電鋳を行い、共通電極６４として電気抵抗
を下げている。共通電極６４はインクへの耐蝕性が良好
なことからＮｉが用いられており、ノズル５５，流路５
８，インク室５９はカバーガラス５２にエッチングによ
り作られている。
載されたインクジェットヘッドの一例を説明するための
要部断面構成図で、図中、５１はシリコン基板、５２は
カバーガラス、５３はホウ（Ｂ）珪酸ガラス基板、５４
は対向電極、５５はノズル、５６はキャビティ（インク
加圧室）、５７は振動板、５８は流路、５９は共通イン
ク室、６０はインク供給パイプ、６１は電源、６２はシ
ール、６３は絶縁膜、６４は共通電極で、このインクジ
ェットヘッドの場合、振動板５７をホウ珪酸ガラス基板
５３に接合した後、感光性樹脂を振動板５７上面に貼り
付け、紫外線露光によりキャビティ５６の型を形成す
る。この型で電鋳を行い、共通電極６４として電気抵抗
を下げている。共通電極６４はインクへの耐蝕性が良好
なことからＮｉが用いられており、ノズル５５，流路５
８，インク室５９はカバーガラス５２にエッチングによ
り作られている。
【０００７】図８は、特開平６−７１８８２号公報に記
載されたインクジェットヘッドの一例を説明するための
要部斜視図で、図示のように、インク液滴を吐出するノ
ズル孔７４と、該ノズル孔７４にそれぞれ連通する吐出
室７６と、該吐出室７６の底壁の振動板７５と、振動板
７５に対向して配置され、振動板７５を静電気力により
駆動する電極７７とを備え、振動板７５を形成する第１
の基板７１と電極を形成する基板７２の陽極接合面のい
ずれか一方又は両方の面に振動室用の凹部あるいは電極
装着用の凹部もしくはＳｉＯ2膜７８，７９等を形成す
ることにより振動板と電極間のギャップ長Ｇを０.０５
〜２.０μｍとするものである。
載されたインクジェットヘッドの一例を説明するための
要部斜視図で、図示のように、インク液滴を吐出するノ
ズル孔７４と、該ノズル孔７４にそれぞれ連通する吐出
室７６と、該吐出室７６の底壁の振動板７５と、振動板
７５に対向して配置され、振動板７５を静電気力により
駆動する電極７７とを備え、振動板７５を形成する第１
の基板７１と電極を形成する基板７２の陽極接合面のい
ずれか一方又は両方の面に振動室用の凹部あるいは電極
装着用の凹部もしくはＳｉＯ2膜７８，７９等を形成す
ることにより振動板と電極間のギャップ長Ｇを０.０５
〜２.０μｍとするものである。
【０００８】更に、本出願人は、先に、ガラス基板にギ
ャップおよび対向電極を形成後に市販のウエア厚みの状
態で陽極接合を行う方法を提案した（特願平９−１９６
０７０号）。この場合、ウエハの厚みは１５０μｍから
数百μｍになるため、接合時の数百Ｖが印加され、高い
電界が加わってもＳｉウエハが変形する問題は発生し得
ない。接合後の電気化学エッチングにおいては接合され
た基板がガラスであり、材質が全く異なるため、特別な
保護が必要ない等の利点を有する。
ャップおよび対向電極を形成後に市販のウエア厚みの状
態で陽極接合を行う方法を提案した（特願平９−１９６
０７０号）。この場合、ウエハの厚みは１５０μｍから
数百μｍになるため、接合時の数百Ｖが印加され、高い
電界が加わってもＳｉウエハが変形する問題は発生し得
ない。接合後の電気化学エッチングにおいては接合され
た基板がガラスであり、材質が全く異なるため、特別な
保護が必要ない等の利点を有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、静
電型アクチュエータにおけるギャップ形成を振動板側で
なく、対向電極を形成する基板側に形成していた。振動
板側の電極を共通電極化するために対向電極形成基板と
してはシリコンに熱膨張係数合わせた多成分系ガラス材
料が採用されることが多い。しかし、このような多成分
系ガラス基板にエッチング等によりギャップ構造を形成
することは、エッチング条件が複雑になり、制御性が悪
くなる。一方、先行技術の中で、振動板中にギャップを
形成しているものは液吐出室も合わせて形成しているた
めに工程が複雑になり、生産性が悪い。
電型アクチュエータにおけるギャップ形成を振動板側で
なく、対向電極を形成する基板側に形成していた。振動
板側の電極を共通電極化するために対向電極形成基板と
してはシリコンに熱膨張係数合わせた多成分系ガラス材
料が採用されることが多い。しかし、このような多成分
系ガラス基板にエッチング等によりギャップ構造を形成
することは、エッチング条件が複雑になり、制御性が悪
くなる。一方、先行技術の中で、振動板中にギャップを
形成しているものは液吐出室も合わせて形成しているた
めに工程が複雑になり、生産性が悪い。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、振動
板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有
し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電
極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変
形させる静電型アクチュエータにおいて、該振動板がＳ
ｉ単結晶からなり、前記対向電極が乗る基板が単結晶Ｓ
ｉの２００〜４００℃の温度範囲の線膨張係数に近い線
膨張係数を有するガラス材質からなり、前記振動板は前
記Ｓｉ単結晶を前記ガラス基板に陽極接合し、前記Ｓｉ
単結晶の全面をエッチングや研磨により所定の板厚を有
し、前記振動板と前記対向電極との対向間隔として前記
個別電極に対向した側に凹部が形成されていることを特
徴とし、もって、振動板と対向電極との対向間隔が単結
晶シリコンからなる振動板に形成された凹部により保持
されるようにし、寸法のバラツキが少なく、均一な変位
特性を有する静電型アクチュエータを得ることが出来る
ようにしたものである。
板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有
し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電
極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変
形させる静電型アクチュエータにおいて、該振動板がＳ
ｉ単結晶からなり、前記対向電極が乗る基板が単結晶Ｓ
ｉの２００〜４００℃の温度範囲の線膨張係数に近い線
膨張係数を有するガラス材質からなり、前記振動板は前
記Ｓｉ単結晶を前記ガラス基板に陽極接合し、前記Ｓｉ
単結晶の全面をエッチングや研磨により所定の板厚を有
し、前記振動板と前記対向電極との対向間隔として前記
個別電極に対向した側に凹部が形成されていることを特
徴とし、もって、振動板と対向電極との対向間隔が単結
晶シリコンからなる振動板に形成された凹部により保持
されるようにし、寸法のバラツキが少なく、均一な変位
特性を有する静電型アクチュエータを得ることが出来る
ようにしたものである。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記振動板に取り付けられた共通電極は該振動板に
形成された前記凹部とは反対側に形成されていることを
特徴とし、もって、共通電極が対向電極に対して振動板
を介して形成されており、静電力が振動板に向かって作
用するようにし、振動変位中に共通電極が剥がれること
がなく、高信頼な静電型アクチュエータを得ることが出
来るようにしたものである。
て、前記振動板に取り付けられた共通電極は該振動板に
形成された前記凹部とは反対側に形成されていることを
特徴とし、もって、共通電極が対向電極に対して振動板
を介して形成されており、静電力が振動板に向かって作
用するようにし、振動変位中に共通電極が剥がれること
がなく、高信頼な静電型アクチュエータを得ることが出
来るようにしたものである。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記単結晶Ｓｉの振動板全部もしくは一部が高濃度
不純物により電気的に活性化されていることを特徴と
し、もって、共通電極が振動板と同一であるので、一層
高信頼な静電型アクチュエータを得ることが出来るよう
にしたものである。
て、前記単結晶Ｓｉの振動板全部もしくは一部が高濃度
不純物により電気的に活性化されていることを特徴と
し、もって、共通電極が振動板と同一であるので、一層
高信頼な静電型アクチュエータを得ることが出来るよう
にしたものである。
【００１３】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記振動板中に形成された前記凹部はその表面にＳ
ｉの酸化膜が形成されていることを特徴とし、もって、
共通電極と一体な振動板の対向電極側を酸化膜により表
面保護することにより、振動板が対向電極に触れてもシ
ョートすることなく、信頼性の高い静電型アクチュエー
タを得ることが出来るようにしたものである。
て、前記振動板中に形成された前記凹部はその表面にＳ
ｉの酸化膜が形成されていることを特徴とし、もって、
共通電極と一体な振動板の対向電極側を酸化膜により表
面保護することにより、振動板が対向電極に触れてもシ
ョートすることなく、信頼性の高い静電型アクチュエー
タを得ることが出来るようにしたものである。
【００１４】請求項５の発明は、請求項２又は３又は４
の発明おいて、前記振動板の中の長辺方向に沿って伸び
ているヒンジ機能をもつ第２の凹部が、前記振動板の中
心線付近に存在することを特徴し、もって、振動板の変
形を、長辺方向に沿って伸びているヒンジ機能をもつ第
２の凹部がひらく方向にし、振動板の変形に要する静電
引力が第２の凹部がない場合と比較して小さくなり、低
電圧で駆動出来る静電型アクチュエータを得ることが出
来るようにしたものである。
の発明おいて、前記振動板の中の長辺方向に沿って伸び
ているヒンジ機能をもつ第２の凹部が、前記振動板の中
心線付近に存在することを特徴し、もって、振動板の変
形を、長辺方向に沿って伸びているヒンジ機能をもつ第
２の凹部がひらく方向にし、振動板の変形に要する静電
引力が第２の凹部がない場合と比較して小さくなり、低
電圧で駆動出来る静電型アクチュエータを得ることが出
来るようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】請求項１の発明：図１は、請求項
１の発明による静電アクチュエータの一実施例を説明す
るための要部断面構成図で、図中、１１は共通電極、１
２は振動板、１３は振動板１２に形成された凹部、１４
は個別電極、１５はガラス基板で、本発明においては、
２００〜４００℃の温度範囲で単結晶Ｓｉの線膨張係数
に近い線膨張係数を有するガラス基板１５としてコーニ
ング社製パイレックスガラス＃７７４０を用いた。この
ガラス基板上に個別電極１４として厚さ２０００Å（オ
ングストローム）の多結晶Ｐｔ薄膜をスパッタ法により
形成した。
１の発明による静電アクチュエータの一実施例を説明す
るための要部断面構成図で、図中、１１は共通電極、１
２は振動板、１３は振動板１２に形成された凹部、１４
は個別電極、１５はガラス基板で、本発明においては、
２００〜４００℃の温度範囲で単結晶Ｓｉの線膨張係数
に近い線膨張係数を有するガラス基板１５としてコーニ
ング社製パイレックスガラス＃７７４０を用いた。この
ガラス基板上に個別電極１４として厚さ２０００Å（オ
ングストローム）の多結晶Ｐｔ薄膜をスパッタ法により
形成した。
【００１６】Ｓｉ単結晶からなる振動板１２としてＳｉ
（１００）ウエハを用いた。このウエハのガラス基板１
５と接合する面に接合に先立ち凹部１３を形成する。凸
部の寸法は静電アクチュエータの変位量と共通及び対向
電極間に印加する電圧から決めることが出来るが、通常
は０.２〜１.０μｍの範囲である。凹部形成方法として
はＳｉのウエット／ドライエッチング法あるいは凹部形
成箇所に選択的に酸化膜を形成した後酸化膜除去法によ
り形成することも可能である。振動板１２に凹部１３を
形成後に凹部底面に共通電極１１を形成する。本実施例
では、個別電極と同様に厚さ２０００Å（オングストロ
ーム）の多結晶Ｐｔ薄膜をスパッタ法により形成した。
（１００）ウエハを用いた。このウエハのガラス基板１
５と接合する面に接合に先立ち凹部１３を形成する。凸
部の寸法は静電アクチュエータの変位量と共通及び対向
電極間に印加する電圧から決めることが出来るが、通常
は０.２〜１.０μｍの範囲である。凹部形成方法として
はＳｉのウエット／ドライエッチング法あるいは凹部形
成箇所に選択的に酸化膜を形成した後酸化膜除去法によ
り形成することも可能である。振動板１２に凹部１３を
形成後に凹部底面に共通電極１１を形成する。本実施例
では、個別電極と同様に厚さ２０００Å（オングストロ
ーム）の多結晶Ｐｔ薄膜をスパッタ法により形成した。
【００１７】上述のようにして形成したガラス基板１５
と凹部を形成したＳｉウエハとを陽極接合法により接合
する。ガラス基板１５側を針電極により負に、Ｓｉウエ
ハを置いた台電極を正になるように配線する。大気圧の
空気中またはＡｒ，Ｎ2，Ｈｅなど不活性ガス中で、４
００℃に加熱し、前記電極に前記極性に８００Ｖを印加
する。このようにして、ガラス基板１５とＳｉウエハを
陽極接合する。
と凹部を形成したＳｉウエハとを陽極接合法により接合
する。ガラス基板１５側を針電極により負に、Ｓｉウエ
ハを置いた台電極を正になるように配線する。大気圧の
空気中またはＡｒ，Ｎ2，Ｈｅなど不活性ガス中で、４
００℃に加熱し、前記電極に前記極性に８００Ｖを印加
する。このようにして、ガラス基板１５とＳｉウエハを
陽極接合する。
【００１８】ついで、Ｓｉウエハ部の板厚を減少し単結
晶Ｓｉからなる振動板１２とする。振動板厚は凹部寸法
と同様に静電アクチュエータの変位量と共通及び対向電
極間に印加する電圧から決めることが出来るが、通常は
２.０〜５.０μｍの範囲である。板厚を減少する手段と
しては、研磨法、エッチング法等があるが、電気化学エ
ッチングでエッチングを行うのが板厚の制御性が高く好
ましい。Ｓｉ基板の振動板厚みに対応した不純物層の導
電形によりエッチング方法が異なるため、ｎ型の場合と
ｐ型の場合に分け説明する。
晶Ｓｉからなる振動板１２とする。振動板厚は凹部寸法
と同様に静電アクチュエータの変位量と共通及び対向電
極間に印加する電圧から決めることが出来るが、通常は
２.０〜５.０μｍの範囲である。板厚を減少する手段と
しては、研磨法、エッチング法等があるが、電気化学エ
ッチングでエッチングを行うのが板厚の制御性が高く好
ましい。Ｓｉ基板の振動板厚みに対応した不純物層の導
電形によりエッチング方法が異なるため、ｎ型の場合と
ｐ型の場合に分け説明する。
【００１９】ｎ型の場合：この場合、Ｓｉ基板としては
導電型ｐ型を用いる。イオン注入法等により振動板厚み
に対応する部分の導電型をｎ型に変えておく。Ｓｉ基板
のｎ型に抵抗性接触できるＡｕ電極コンタクトを形成
し、４００℃でシンタリングする。Ａｕ電極配線をコン
タクトにボンディングしフッ素樹脂電極および配線を保
護し、電極配線を正、Ｐｔ電極を負とし８０℃のＫＯＨ
水溶液に浸してエッチングする。このとき印加する電圧
が１.０Ｖ程度でｎ型でのエッチングが停止し、ｐ型層
はすべてエッチングされｎ型層のみ残った。
導電型ｐ型を用いる。イオン注入法等により振動板厚み
に対応する部分の導電型をｎ型に変えておく。Ｓｉ基板
のｎ型に抵抗性接触できるＡｕ電極コンタクトを形成
し、４００℃でシンタリングする。Ａｕ電極配線をコン
タクトにボンディングしフッ素樹脂電極および配線を保
護し、電極配線を正、Ｐｔ電極を負とし８０℃のＫＯＨ
水溶液に浸してエッチングする。このとき印加する電圧
が１.０Ｖ程度でｎ型でのエッチングが停止し、ｐ型層
はすべてエッチングされｎ型層のみ残った。
【００２０】ｐ型の場合：この場合Ｓｉ基板としては導
電型ｎ型を用いる。イオン注入法等により振動板厚みに
対応する部分の導電型をｐ型に変えておく。Ｂ濃度が１
×１０20／ｃｍ3程度に充分高ければ、ｐ型層のエッチ
ングレートが非常に遅くなることが知られており、ｐ型
層のみ残すことができる。エッチング液としてはＫＯＨ
の他エチレンジアミンとピロカテコールの水溶液も使用
できる。
電型ｎ型を用いる。イオン注入法等により振動板厚みに
対応する部分の導電型をｐ型に変えておく。Ｂ濃度が１
×１０20／ｃｍ3程度に充分高ければ、ｐ型層のエッチ
ングレートが非常に遅くなることが知られており、ｐ型
層のみ残すことができる。エッチング液としてはＫＯＨ
の他エチレンジアミンとピロカテコールの水溶液も使用
できる。
【００２１】請求項２の発明：図２は、請求項２の静電
アクチュエータを説明するための要部構成図で、ガラス
基板１５，個別電極１４，振動板１２，凹部１３の材
料，寸法，形成方法は、図１の場合と同様である。本発
明では、ガラス基板１５とＳｉウエハ（１２）を陽極接
合し、所望の振動板厚とした後に、該振動板１２の上に
共通電極２１を形成する。本実施例では、個別電極１４
と同様に厚さ２０００Å（オングストローム）の多結晶
Ｐｔ薄膜２１をスパッタ法により形成した。
アクチュエータを説明するための要部構成図で、ガラス
基板１５，個別電極１４，振動板１２，凹部１３の材
料，寸法，形成方法は、図１の場合と同様である。本発
明では、ガラス基板１５とＳｉウエハ（１２）を陽極接
合し、所望の振動板厚とした後に、該振動板１２の上に
共通電極２１を形成する。本実施例では、個別電極１４
と同様に厚さ２０００Å（オングストローム）の多結晶
Ｐｔ薄膜２１をスパッタ法により形成した。
【００２２】請求項３の発明：図３は、請求項３の静電
アクチュエータを説明するための要部構成図で、ガラス
基板１５，個別電極１４，振動板１２，凹部１３の材
料，寸法，形成方法は、図１の場合と同様である。本発
明では、Ｓｉ振動板１２を形成後に高濃度の不純物を導
入活性化させ、低抵抗の領域２２を形成して共通電極と
している。ガラス基板１５とＳｉウエハを陽極接合し、
所望の振動板厚とした後に高濃度の不純物を導入活性化
させ、低抵抗の領域２２を形成し共通電極とする。高濃
度不純物の導入方法としては、イオン注入法が不純物量
及び導入位置の制御性が高く好ましいが、固体拡散源、
塗布拡散源を用いて高濃度領域を形成することも可能で
ある。不純物量としては共通電極として使用する部分で
１×１０20／ｃｍ3以上が望ましい。
アクチュエータを説明するための要部構成図で、ガラス
基板１５，個別電極１４，振動板１２，凹部１３の材
料，寸法，形成方法は、図１の場合と同様である。本発
明では、Ｓｉ振動板１２を形成後に高濃度の不純物を導
入活性化させ、低抵抗の領域２２を形成して共通電極と
している。ガラス基板１５とＳｉウエハを陽極接合し、
所望の振動板厚とした後に高濃度の不純物を導入活性化
させ、低抵抗の領域２２を形成し共通電極とする。高濃
度不純物の導入方法としては、イオン注入法が不純物量
及び導入位置の制御性が高く好ましいが、固体拡散源、
塗布拡散源を用いて高濃度領域を形成することも可能で
ある。不純物量としては共通電極として使用する部分で
１×１０20／ｃｍ3以上が望ましい。
【００２３】請求項４の発明：図４は、請求項４の静電
アクチュエータを説明するための要部構成図で、ガラス
基板１５，個別電極１４，振動板１２，凹部１３の材
料，寸法，形成方法は、図３の場合と同様である。本発
明では、Ｓｉウエハに凹部１３を形成後、該凹部１３に
酸化膜２３を形成している。酸化膜形成方法としては、
ＣＶＤ，スパッタ法等の成膜による形成法の他、選択酸
化法を用いての熱酸化法により形成することも出来る。
酸化膜２３の膜厚は共通電極／個別電極間に印加する電
圧と酸化膜の耐圧により設定するが、一般的には、１０
００Å（オングストローム）以上で、５０００Å程度が
選ばれる。本発明の場合、振動板１２に形成する凹部１
３の寸法はこの酸化膜の膜厚を加味する。
アクチュエータを説明するための要部構成図で、ガラス
基板１５，個別電極１４，振動板１２，凹部１３の材
料，寸法，形成方法は、図３の場合と同様である。本発
明では、Ｓｉウエハに凹部１３を形成後、該凹部１３に
酸化膜２３を形成している。酸化膜形成方法としては、
ＣＶＤ，スパッタ法等の成膜による形成法の他、選択酸
化法を用いての熱酸化法により形成することも出来る。
酸化膜２３の膜厚は共通電極／個別電極間に印加する電
圧と酸化膜の耐圧により設定するが、一般的には、１０
００Å（オングストローム）以上で、５０００Å程度が
選ばれる。本発明の場合、振動板１２に形成する凹部１
３の寸法はこの酸化膜の膜厚を加味する。
【００２４】請求項５の発明：図５は、請求項５の静電
アクチュエータを説明するための要部構成図で、本発明
では、Ｓｉ単結晶からなる振動板１２の中の長辺方向に
沿って伸びているヒンジ機能をもつ第２の凹部２４が形
成されている。ガラス基板１５，個別電極１４，凹部１
３，酸化膜２３の材料，寸法，形成方法は、図４の場合
と同様である。ヒンジ機能をもつ第２の凹部２４は振動
板１２となるＳｉウエハに凹部（第１の凹部１３）を形
成する工程に続けて、形成する寸法を変えて同様に行う
ことが出来る。本発明では、第１，第２の凹部を形成し
た後、振動板１２の形成は、振動板厚さに相当した位置
にＳｉウエハに不純物を拡散させ電気化学エッチングあ
るいは高濃度Ｂに対するエッチングレートの差異を利用
したエッチストップ法で行う。この方法によれば、第２
の凹部２４の形状に沿って振動板表面に凸形状２５が形
成され、ヒンジ機能が付加される。共通電極２１は振動
板１２の抵抗値により必要に応じて形成する。形成方法
は図１の場合と同様である。
アクチュエータを説明するための要部構成図で、本発明
では、Ｓｉ単結晶からなる振動板１２の中の長辺方向に
沿って伸びているヒンジ機能をもつ第２の凹部２４が形
成されている。ガラス基板１５，個別電極１４，凹部１
３，酸化膜２３の材料，寸法，形成方法は、図４の場合
と同様である。ヒンジ機能をもつ第２の凹部２４は振動
板１２となるＳｉウエハに凹部（第１の凹部１３）を形
成する工程に続けて、形成する寸法を変えて同様に行う
ことが出来る。本発明では、第１，第２の凹部を形成し
た後、振動板１２の形成は、振動板厚さに相当した位置
にＳｉウエハに不純物を拡散させ電気化学エッチングあ
るいは高濃度Ｂに対するエッチングレートの差異を利用
したエッチストップ法で行う。この方法によれば、第２
の凹部２４の形状に沿って振動板表面に凸形状２５が形
成され、ヒンジ機能が付加される。共通電極２１は振動
板１２の抵抗値により必要に応じて形成する。形成方法
は図１の場合と同様である。
【００２５】
【発明の効果】請求項１の発明によると、振動板と、該
振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振
動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動
電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる静
電型アクチュエータにおいて、該振動板がＳｉ単結晶か
らなり、前記対向電極が乗る基板が単結晶Ｓｉの２００
〜４００℃の温度範囲の線膨張係数に近い線膨張係数を
有するガラス材質からなり、前記振動板は前記Ｓｉ単結
晶を前記ガラス基板に陽極接合し、前記Ｓｉ単結晶の全
面をエッチングや研磨により所定の板厚を有し、前記振
動板と前記対向電極との対向間隔として前記個別電極に
対向した側に凹部が形成されているので、振動板と対向
電極との対向間隔が単結晶シリコンからなる振動板に形
成された凹部により保持されるため、その寸法のバラツ
キが少なく、均一な変位特性を有した静電型アクチュエ
ータを得ることが出来る。
振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振
動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動
電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる静
電型アクチュエータにおいて、該振動板がＳｉ単結晶か
らなり、前記対向電極が乗る基板が単結晶Ｓｉの２００
〜４００℃の温度範囲の線膨張係数に近い線膨張係数を
有するガラス材質からなり、前記振動板は前記Ｓｉ単結
晶を前記ガラス基板に陽極接合し、前記Ｓｉ単結晶の全
面をエッチングや研磨により所定の板厚を有し、前記振
動板と前記対向電極との対向間隔として前記個別電極に
対向した側に凹部が形成されているので、振動板と対向
電極との対向間隔が単結晶シリコンからなる振動板に形
成された凹部により保持されるため、その寸法のバラツ
キが少なく、均一な変位特性を有した静電型アクチュエ
ータを得ることが出来る。
【００２６】請求項２の発明によると、請求項１の発明
において、前記振動板に取り付けられた共通電極が該振
動板に形成された前記凹部の反対側に形成されているの
で、共通電極が対向電極に対して振動板を介して形成さ
れているため、静電力が振動板に向かって作用し、振動
変位中に共通電極が剥がれることがなく、高信頼な静電
型アクチュエータを得ることが出来る。
において、前記振動板に取り付けられた共通電極が該振
動板に形成された前記凹部の反対側に形成されているの
で、共通電極が対向電極に対して振動板を介して形成さ
れているため、静電力が振動板に向かって作用し、振動
変位中に共通電極が剥がれることがなく、高信頼な静電
型アクチュエータを得ることが出来る。
【００２７】請求項３の発明によると、請求項１の発明
において、前記単結晶Ｓｉの振動板全部もしくは一部が
高濃度不純物により電気的に活性化されているので、共
通電極が振動板と同一であるため、一層高信頼な静電型
アクチュエータを得ることが出来る。
において、前記単結晶Ｓｉの振動板全部もしくは一部が
高濃度不純物により電気的に活性化されているので、共
通電極が振動板と同一であるため、一層高信頼な静電型
アクチュエータを得ることが出来る。
【００２８】請求項４の発明によると、請求項３の発明
において、前記振動板中に形成された前記凹部はその表
面にＳｉの酸化膜が形成されているので、共通電極と一
体な振動板の対向電極側は酸化膜により表面保護されて
おり、振動板が対向電極に触れてもショートすることな
く、信頼性の高い静電型アクチュエータを得ることが出
来る。
において、前記振動板中に形成された前記凹部はその表
面にＳｉの酸化膜が形成されているので、共通電極と一
体な振動板の対向電極側は酸化膜により表面保護されて
おり、振動板が対向電極に触れてもショートすることな
く、信頼性の高い静電型アクチュエータを得ることが出
来る。
【００２９】請求項５の発明によると、請求項２又は３
又は４の発明おいて、前記振動板の中の長辺方向に沿っ
て伸びているヒンジ機能をもつ第２の凹部が、前記振動
板の中心線付近に存在するので、振動板の変形が、長辺
方向に沿って伸びているヒンジ機能をもつ第２の凹部が
ひらく方向となるため、振動板の変形に要する静電引力
が第２の凹部がない場合と比較して小さくなり、低電圧
で駆動出来る静電型アクチュエータを得ることが出来
る。
又は４の発明おいて、前記振動板の中の長辺方向に沿っ
て伸びているヒンジ機能をもつ第２の凹部が、前記振動
板の中心線付近に存在するので、振動板の変形が、長辺
方向に沿って伸びているヒンジ機能をもつ第２の凹部が
ひらく方向となるため、振動板の変形に要する静電引力
が第２の凹部がない場合と比較して小さくなり、低電圧
で駆動出来る静電型アクチュエータを得ることが出来
る。
【図１】 請求項１の発明による静電アクチュエータの
一実施例を説明するための要部断面構成図である。
一実施例を説明するための要部断面構成図である。
【図２】 請求項２の静電アクチュエータを説明するた
めの要部構成図である。
めの要部構成図である。
【図３】 請求項３の静電アクチュエータを説明するた
めの要部構成図である。
めの要部構成図である。
【図４】 請求項４の静電アクチュエータを説明するた
めの要部構成図である。
めの要部構成図である。
【図５】 請求項５の静電アクチュエータを説明するた
めの要部構成図である。
めの要部構成図である。
【図６】 特開平６−２３９８６号公報に記載されたイ
ンクジェットヘッドの一例を説明するための要部分解斜
視図である。
ンクジェットヘッドの一例を説明するための要部分解斜
視図である。
【図７】 特開平６−５５７３２号公報に記載されたイ
ンクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図
である。
ンクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図
である。
【図８】 特開平６−７１８８２号公報に記載されたイ
ンクジェットヘッドの一例を説明するための要部斜視図
である。
ンクジェットヘッドの一例を説明するための要部斜視図
である。
１１…共通電極、１２…振動板、１３…凹部、１４…個
別電極、１５…ガラス基板、２１…共通電極、２２…低
抵抗領域、２３…酸化膜、２４…第２の凹部、２５…凸
部。
別電極、１５…ガラス基板、２１…共通電極、２２…低
抵抗領域、２３…酸化膜、２４…第２の凹部、２５…凸
部。
Claims (5)
- 【請求項１】 振動板と、該振動板に対向して設けられ
た個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通
電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板
を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおい
て、該振動板がＳｉ単結晶からなり、前記対向電極が乗
る基板が単結晶Ｓｉの２００〜４００℃の温度範囲の線
膨張係数に近い線膨張係数を有するガラス材質からな
り、前記振動板は前記Ｓｉ単結晶を前記ガラス基板に陽
極接合し、前記Ｓｉ単結晶の全面をエッチングや研磨に
より所定の板厚を有し、前記振動板と前記対向電極との
対向間隔として前記個別電極に対向した側に凹部が形成
されていることを特徴とした静電アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１の静電型アクチュエータにおい
て、前記振動板に取り付けられた共通電極は該振動板に
形成された前記凹部とは反対側に形成されていることを
特徴とする静電アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項１の静電型アクチュエータにおい
て、前記単結晶Ｓｉの振動板全部もしくは一部が高濃度
不純物により電気的に活性化されていることを特徴とす
る静電アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項３の静電型アクチュエータにおい
て、前記振動板中に形成された前記凹部はその表面にＳ
ｉの酸化膜が形成されていることを特徴とする静電アク
チュエータ。 - 【請求項５】 請求項２又は３又は４の静電型アクチュ
エータにおいて、前記振動板の中の長辺方向に沿って伸
びているヒンジ機能をもつ第２の凹部が、前記振動板の
中心線付近に存在することを特徴とする静電アクチュエ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34998697A JPH11165413A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 静電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34998697A JPH11165413A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 静電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11165413A true JPH11165413A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18407463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34998697A Pending JPH11165413A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 静電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11165413A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7581824B2 (en) | 2004-12-14 | 2009-09-01 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharge head and method for manufacturing the droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and device |
-
1997
- 1997-12-04 JP JP34998697A patent/JPH11165413A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7581824B2 (en) | 2004-12-14 | 2009-09-01 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharge head and method for manufacturing the droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and device |
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